教材第七章习题解答

40第七章化学平衡习题解答1．回答下列问题（1）反应商和标准平衡常数的概念有何区别？（2）能否用rmG来判断反应的自发性？为什么？（3）计算化学反应的K有哪些方法？（4）影响平衡移动的因素有哪些？它们是如何影响移动方向的？（5）比较“温度与平衡常数的关系式”同“温度与反应速率常数的关系式”，有哪些相似之处？有哪些不同之处？举例说明。（6）酸碱质子理论如何定义酸和碱？有何优越性？什么叫共轭酸碱对？（7）当往缓冲溶液中加入大量的酸和碱，或者用很大量的水稀释时，pH是否仍保持不变？说明其原因。（8）对于一个在标准状态下是吸热、熵减的化学反应，当温度升高时，根据勒夏特列原理判断，反应将向吸热的正方向移动；而根据公式rGm=rHm-TrSm判断，rGm将变得更正（正值更大），即反应更不利于向正方向进行。在这两种矛盾的判断中，哪一种是正确的？简要说明原因。（9）对于制取水煤气的下列平衡系统：22C(s)+HO(g)CO(g)+H(g) ；rmH。问：①欲使平衡向右移动，可采取哪些措施？②欲使正反应进行得较快且较完全（平衡向右移动）的适宜条件如何？这些措施对K及k(正)、k(逆)的影响各如何？（10）平衡常数改变时，平衡是否必定移动？平衡移动时，平衡常数是否一定改变？【解答】（1）反应商是在一定温度下，任意给定态时，生成物的相对压力（或41者相对浓度）以方程式中化学计量系数为幂的乘积除以反应物的相对压力（或相对浓度）以化学计量系数为幂的乘积。在一定温度下，当反应达到平衡时，生成物的相对压力（或者相对浓度）以方程式中化学计量系数为幂的乘积除以反应物的相对压力（或相对浓度）以化学计量系数为幂的乘积是一个常数，称为标准平衡常数，是量纲为一的量。标准平衡常数的数值只是温度的函数。（2）只能用rmG判断在标准态下的反应的自发性。任意给定态时，反应的自发进行的方向只能由rmG来判断。若rmG0，表示正反应自发进行；rmG0，表示逆反应自发进行；rmG0，表示反应处于平衡状态。（3）根据化学平衡定律计算，即由在一定温度下，当反应达到平衡时，生成物的相对压力（或者相对浓度）以方程式中化学计量系数为幂的乘积与反应物的相对压力（或相对浓度）以化学计量系数为幂的乘积之比求得标准平衡常数；由rmGRTlnK，得rmG-RTK=e（4）浓度对化学平衡的影响：若提高反应物浓度（或分压）或降低生成物浓度（或分压），平衡向右移动；减少反应物的浓度（或分压）或增加生成物的浓度（或分压），平衡向左移动。压力对化学平衡的影响：增加压力，平衡向气体分子数减少的方向移动；降低压力，平衡向气体分子数增多的方向移动。温度对化学平衡的影响：温度升高，平衡向着吸热反应方向移动；降低温度时，平衡向着放热反应的方向移动。（5）温度与平衡常数的关系：由rmGRTlnK和42rmrmrmGHTS得rmrmHSlnKRTR；温度与反应速率常数的关系式：EaRTkAe或EalnklnART相似之处：平衡常数K和反应速率常数k都是温度的函数，lnK和lnk都与1T成正比；不同之处：温度与平衡常数的关系反映了化学反应热效应对平衡常数的影响，温度与反应速率常数的关系反映了活化能对反应速率的影响。（6）酸碱质子理论认为：凡能给出质子H+的为酸，能接受质子H+的为碱；酸碱质子理论中酸与碱不是彼此孤立的，而是统一在对质子的联系上；相差一个质子的酸碱对，称为共轭酸碱对。（7）当往缓冲溶液中加入大量的酸和碱，或者用很大量的水稀释时，pH要发生变化。这是因为，缓冲溶液的缓冲能力具有一定的限度，如果外界变化超出这个限度，那么缓冲液pH将会变化很大。（8）第一种说法正确。由公式rmrmHSlnKRTR可知，对于一个在标准状态下的吸热、熵减的化学反应，当温度升高时，化学反应标准准平衡常数K增加，反应向吸热的正方向移动可降低环境的温度，勒夏特列原理只适用于已经处于平衡状态的系统；由rmrmrmGHTS可知，对于一个在标准状态下的吸热、熵减的化学反应，在标准态、任意温度下rmG0，正向反应不能自发进行。（9）①增加H2O浓度或减少CO和H2的浓度；升高温度；减小压强。43②高温低压。升高温度，由rmrmHSlnKRTR可知，对于吸热反应rmH0，标准平衡常K增加；由EaRTkAe可知，化学反应速率常数k（正）和k（负）都增加。降低压强，标准平衡常K、化学反应速率常数k（正）和k（负）都不变，它们只是温度的函数。（10）平衡常数改变时，平衡不一定移动。平衡常数只与温度有关，当温度与其他量如浓度、体积、压强等一同改变时，平衡可能不移动；平衡移动时，平衡常数也不一定改变，当温度不变而由浓度、体积、压强的变化引起平衡移动时，平衡常数不变。2．写出下列各反应的pK、K表达式（1）222111NOCl(g)N(g)+Cl(g)+O(g)222（2）2322AlO(s)+3H(g)2Al(s)+3HO(g)（3）43NHCl(s)HCl(g)+NH(g) （4）323222NaHCO(s)NaCO(s)+CO(g)+HO(g)【解答】（1）222111222NClOPNOCl(p)(p)(p)K(p)222111NClO222NOClppp()()()pppKp()p44（2）223HOP3H(p)K(p)，223HO3Hp()pKp()p（3）3PHClNHKpp，3NHHClppKpp（4）22PCOHOKpp，3NHHClppKpp3．已知反应（1）22H(g)S(s)HS(g)3(1)K1.010（2）22S(s)O(g)SO(g)6(2)K5.010计算下列反应的K值2222H(g)SO(g)HS(g)O(g)【解答】根据多重平衡原理，（1）-（2）得（3）3(1)106(2)K1.110K2.210K5.0104．将空气中的单质氮变成各种含氮的化合物的反应叫做固氮反应。根据rmG（298.15K）及K。从热力学的角度看选择哪个反应为最好？22N(g)O(g)2NO(g)2222N(g)O(g)2NO(g)223N(g)3H(g)2NH(g)【解答】（1）22N(g)O(g)2NO(g)1fmG(kJmol)0086.571rmG286.57173.14kJmol，45rmG173.141000318.314298.15RTKee4.6310（2）2222N(g)O(g)2NO(g)1fmG(kJmol)00104.21rmG2104.2208.4kJmol，rmG208.41000388.314298.15RTKee3.0810（3）223N(g)3H(g)2NH(g)1fmG(kJmol)00-16.51rmG2(16.5)33kJmol，rmG33100058.314298.15RTKee6.0510由上述计算可知，rmG越正，平衡常数K越大，所以第三个反应平衡常数最大，进行最彻底，所以第三个反应最好。5．已知反应2211H(g)Cl(g)HCl(g)22在298.15K时，K=4.97×1016,rmH（298.15K）=-92.307kJ·mol-1，求500K时的K（500K）。【解答】由公式2rm21112KH(TT)92.3071000500298.15ln15.0331KRTT8.314500298.15已知K(298.15K)=4.97×1016，得K(500K)=1.68×1023466．设汽车内燃机内温度因燃料燃烧反应达到1300℃，试估算反应2211N(g)O(g)NO(g)22在25℃和1300℃时的rmG和K的数值。并联系反应速率简单说明在大气污染中的影响。【解答】2211N(g)O(g)NO(g)221fmH(kJmol)0090.2511mS(JmolK)191.6205.14210.761rmH(298.15K)90.25kJmol11rm11S(298.15K)210.76205.14191.612.39JmolK22rmrmrm1G(298.15K)HTS90.251000298.1512.3986555.92JmolrmGRT86555.928.314298.1516K(298.15K)ee6.8410rmrmrm1G(1573.15K)HTS90.2510001573.1512.3970758.67JmolrmGRT70758.678.3141573.153K(1573.15K)ee4.4710由计算结果表明，汽车内燃机内温度因燃料燃烧反应达到1300℃，472211N(g)O(g)NO(g)22，在标准态下正向不能自发进行，且化学反应达到平衡时，正向反应进行的程度非常低。7．PCl5加热分解成PCl3和Cl2。将2.659gPCl5装入体积为1.0dm3的密闭容器中，在523K达到平衡时系统总压力为100kPa。求PCl5的分解率及平衡常数K【解答】2.659gPCl5物质的量：52.659n(PCl)==0.01275mol208.5V为1dm-3，假设达到平衡时PCl5的分解量为xmol,则PCl3和Cl2生成的量为xmol。532PCl(g)PCl(g)Cl(g)初始浓度mol/dm30.0127500平衡浓度mol/dm30.01275-xxx由理想气体状态方程，pVnRT，得：33pV10010110n0.023molRT8.3145230.01275-x+x+x=0.023，解得x=0.01025molPCl5的分解率=0.01025/0.01275=80.4%平衡时，5PCl0.012750.01025p10010.88kPa0.0233PCl0.01025p10044.56kPa0.0232Cl0.01025p10044.56kPa0.02348平衡常数325PClClPClpp44.5644.56pp100100K182.5p10.88100p8．计算下列溶液的pH值（1）0.1mol-1dm-3HCN溶液（2）0.1mol-1dm-332NHHO溶液【解答】（1）HCN的电离平衡常数-10aK=4.9310，又0ac/K40010610ac(H)cK0.14.93107.0210molL6c(H)pHlglg(7.0210)5.15c（2）32NHHO的电离平衡常数-5bK=1.7710,又0bc/K4005310bc(OH)cK0.11.77101.3310molL3c(OH)pOHlglg(1.3310)2.88cpH14pOH142.8811.129．指出下列各组水溶液，当两种溶液等体积混合时，哪些可以作为缓冲溶液，为什么？（1）33NaOH(0.10moldm)HCl(0.20moldm)（2）33HCl(0.10moldm)NaAc(0.20moldm)（3）332HCl(0.10moldm)NaNO(0.050moldm)49（4）332HNO(0.30moldm)NaOH(0.15moldm)【解答】（2）可作为缓冲溶剂。-30.10moldm的HC